CN101082814A - 热轧加热炉板坯剩余在炉时间确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热轧加热炉板坯剩余在炉时间的确定方法，该方法首先根据加热炉内板坯的长度、成品宽度和成品厚度以及板坯的长度、成品宽度、厚度和硬度等级，利用板坯抽出间隔组合预报模型计算加热炉内板坯的抽出间隔，并且和当前的定时抽出间隔进行融合；再根据加热炉各段段长度和板坯的当前位置，按照板坯距离段末的长度从抽出端开始索引，对索引范围内的板坯抽出间隔进行累加计算，确定板坯的剩余在炉或在段时间。并自动适应修正。更好地对板坯的温度进行精确的预报，准确地控制设定加热炉的炉气温度以使板坯达到规定的工艺目标温度，有利于提高加热炉内板坯的温度控制水平、提高板坯的加热质量和降低能源消耗。

Description

热轧加热炉板坯剩余在炉时间确定方法

技术领域

本发明涉及热轧钢的成型加工，更具体地是指一种热轧加热炉板坯剩余在炉时间的确定方法。

背景技术

热轧加热炉生产的二个主要目标有二个，一个是为后道工序提供满足加热炉质量要求的板坯；另一个目标是要和轧线协调一致，满足轧线轧制节奏的要求。后面的目标是加热炉板坯最佳抽出节奏的确定问题，前面的目标是板坯加热温度控制问题。这两个目标是相互联系的，板坯加热温度的控制中的一个关键变量就是板坯在加热炉内的剩余在炉时间，自动燃烧控制模型利用板坯的剩余在炉时间进行计算，确定炉气温度设定值的；而剩余在炉时间是根据合适的抽出节奏确定的。

确定加热炉抽钢节奏一般有两种方式，一是根据依据数学模型的自动节奏控制(MPC)方式，另一种是定时抽钢节奏的方式。用这两种方式确定加热炉板坯剩余在炉时间都有一定问题：

MPC方式很难计算准确，甚至有时不稳定，原因是有很多不确定因素，使得目前单单用数学模型还无法准确的确定轧制节奏，所以MPC方式只能用于轧制节奏的监控，很难与加热炉构成闭环控制，也就是说加热炉内板坯的剩余在炉时间很难根据MPC给出的计算结果进行确定。

定时抽钢方式的定时时间间隔一般是通过操作界面输入的，加热炉控制按照这个时间决定下一块板坯的抽出时刻，并计算炉内板坯的剩余在炉时间。如果加热炉内的所有板坯都是相同规格的，轧制节奏几乎一样，那么定时抽钢间隔没有变化，板坯的剩余在炉时间的计算是相对准确的，遗憾的是，一个轧制计划中板坯的长度、终轧目标厚度和终轧目标宽度以及硬度组都要发生变化，这些板坯在实际轧制的时候节奏将发生变化，加热炉为了适应这种变化，操作人员将提前干预炉气温度的设定，并在实际抽钢时在操作界面上修改抽钢节奏。由于加热炉内板坯的剩余在炉时间是根据当前的抽钢节奏，按照轧制顺序累加计算的，当抽钢节奏发生变化时，剩余在炉时间必然发生变化，使得板坯的实际在炉时间不准确，也使得炉气温度的设定不准确。

所以，目前使用的方法都存在问题，不能准确的计算加热炉板坯剩余时间，因而无法很好的适应热轧生产，必须寻求一种新的确定加热炉板坯剩余在炉时间的方法，以解决上述问题，满足热轧生产的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热轧加热炉板坯剩余在炉时间的确定方法，以克服传统确定方法的不足，从而更好地对板坯的温度进行精确的预报，准确地控制设定加热炉的炉气温度以使板坯达到规定的工艺目标温度，有利于提高加热炉内板坯的温度控制水平、提高板坯的加热质量和降低能源消耗。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该热轧加热炉板坯剩余在炉时间的确定方法包括以下步骤：

A.首先根据加热炉内板坯的长度、成品宽度和成品厚度以及板坯的长度等级、成品宽度等级、成品厚度等级和硬度等级，利用板坯抽出间隔组合预报模型，并且和当前的定时抽出间隔进行融合，确定加热炉内板坯的抽出间隔；

B.再根据加热炉各段段长度和板坯的当前位置，按照板坯距离段末的长度从抽出端开始索引，对索引范围内的板坯抽出间隔进行累加计算，确定板坯的剩余在炉或在段时间；

C.对是否有板坯抽出进行判断，如果没有板坯抽出，则结束板坯在炉或段的时间，如果有板坯抽出，则进行下一步；

D.计算当前板坯的实际抽出节奏，并与组合模型预报的板坯抽出间隔进行比较，并根据比较的结果进行自动适应修正。

所述的步骤A进一步包括以下步骤：

a1.获取板坯的压制计划数据；

a2.调用组合模型确定板坯的输出间隔；

a3.获取操作人员输入的定时抽出节奏；

a3.进行组合计算加热炉内板坯的抽出间隔，并保存计算结果。

所述的步骤B进一步包括以下步骤：

b1.获取指定板坯在加热炉内的位置；

b2.计算该板坯距离段末的长度；

b3.从抽出端开始索引相应长度对应的所有板坯；

b4.确定当前预抽出板坯的剩余在炉时间；

b5.确定第二块以后板坯的总的或各段的剩余在炉时间。

所述的步骤D进一步包括以下步骤：

d1.获取前一块板坯的抽出时刻；

d2.获取当前块板坯的抽出时刻；

d3.计算实际抽出节奏；

d4.对前一块板坯的抽出节奏进行修正并保存结果。

在本发明的上述技术方案中，该方法首先根据加热炉内板坯的长度、成品宽度和成品厚度以及板坯的长度等级、成品宽度等级、成品厚度等级和硬度等级，利用板坯抽出间隔组合预报模型计算加热炉内板坯的抽出间隔，并且和当前的定时抽出间隔进行融合。再根据加热炉各段段长度和板坯的当前位置，按照板坯距离段末的长度从抽出端开始索引，对索引范围内的板坯抽出间隔进行累加计算，确定板坯的剩余在炉或在段时间。计算当前的实际抽出节奏，和组合模型预报的板坯抽出间隔进行比较，自动适应修正。从而更好地对板坯的温度进行精确的预报，准确地控制设定加热炉的炉气温度以使板坯达到规定的工艺目标温度，有利于提高加热炉内板坯的温度控制水平、提高板坯的加热质量和降低能源消耗。

附图说明

图1为本发明的热轧加热炉板坯剩余在炉时间确定方法流程示意图。

图2为本发明的热轧加热炉板坯抽出节奏的流程示意图。

图3为本发明的加热炉内板坯剩余在炉时间的流程示意图。

图4为本发明的板坯抽出节奏修正流程示意图。

图5为计算板坯剩余在炉时间按距离索引原理示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

请参阅图1所示，本发明的热轧加热炉板坯剩余在炉时间确定方法包括以下步骤：

首先从轧制计划获得加热炉内板坯的尺寸规格数据，也就是板坯的长度、成品宽度和成品厚度以及板坯的长度等级、成品宽度等级、成品厚度等级和硬度等级，调用统计参数模型和表格参数模型计算加热炉内板坯的抽出间隔，把计算结果相加，然后和目前的定时抽钢间隔相互融合。

再根据加热炉各段长度和板坯的位置确定从加热炉抽出端的索引范围，把索引范围内的板坯模型预报抽出间隔进行累加，确定板坯的剩余在炉时间或在段时间。

如果当前板坯抽出后，利用该板坯的抽出时刻和前一块板坯的抽出时刻，计算实际的抽出间隔，根据前一块板坯的板坯长度等级、成品宽度等级、成品厚度等级和硬度等级，对前一块板坯的抽出间隔进行平滑学习，并修正表格模型的对应参数。

请参阅图2所示，热轧加热炉板坯抽出节奏包括以下步骤：

首先根据从轧制计划的数据获得加热炉内板坯的长度、成品宽度和成品厚度，利用这三个量作为组合模型中参数模型的输入量，确定该模型的输出，然后再利用这板坯的长度等级、成品宽度等级、成品厚度等级和硬度等级，索引表格模型对应的修正量，这两个值组合相加，获得组合模型计算的板坯抽出节奏预报值；然后再获得操作工在操作界面上输入的当前板坯定时抽出间隔，把该定时抽出间隔和组合模型计算的板坯抽出节奏预报值按给定的比例系数进行融合，获得用于计算剩余在炉时间的各板坯的抽出节奏，并对结果进行保存。

加热炉板坯抽出间隔确定模型包括两个部分的组合，一是利用实际数据回归获得的统计参数模型，另一部分是基于分类表格的修正模型。也可以，没有参数部分而只有修正部分的模型。

1，参数模型

输入参数是板坯的长度、板坯的成品厚度和板坯的成品宽度，方法如下：

pitch(l，h，w)＝

(a₁×l+a₂×h+a₃×w+b₁×l²+b₂×h²+b₃×w²+c₁×l×h+c₂×l×w+c₃×w×h)

其中：l，h，w从根据轧制计划获得的，分别是板坯长度，成品厚度和成品宽度；模型参数a_i，b_i，c_i，i＝1，2，3按如下方法获得：

A＝B^-1·C

矩阵A就是模型参数，A＝[a₁ a₂ a₃ b₁ b₂ b₃ c₁ c₂ c₃]^T；

矩阵B根据n块板坯从轧制计划获得的板坯长度，成品厚度和成品宽度数据生成的，表达式为：

$B=\left[\begin{array}{c}{l}_1{h}_1{w}_1{l}_1^2{h}_1^2{w}_1^2{l}_1\·h_1{l}_1\·w_1{w}_1\·h_1\\ l_2{h}_2{w}_2{l}_2^2{h}_2^2{w}_2^2{l}_2\·h_2{l}_2\·w_2{w}_2\·h_2\\ .............................\\ l_n{h}_n{w}_n{l}_n^2{h}_n^2{w}_n^2{l}_n\·h_n{l}_n\·w_n{w}_n\·h_n\end{array}\right]$

矩阵C是n块板坯生产过的实际抽出间隔，表达式为：

C＝[pitch(l₁，h₁，w₁)pitch(l₂，h₂，w₂)…pitch(l_n，h_n，w_n)]^T

2，表格修正模型

modify(l_level，h_level，w_level，harg_level)是通过表格索引的方法确定的，即按板坯的长度等级、成品厚度等级、成品宽度等级和硬度等级索引。

3，所述的板坯抽出间隔组合预报模型表达式为：

${\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{PRE}\_\mathrm{PIT}}^i=\mathrm{\β}\×\mathrm{pitch}\_\mathrm{now}+(1-\mathrm{\β})\×\mathrm{pitch}\_\mathrm{pre}$

其中，ΔT_{PRE_PIT} ⁱ组合预报模型确定的板坯抽出间隔，

pitch_pre是根据加热炉板坯抽出间隔确定模型计算的，即：

pitch_pre=

(a₁×l+a₂×h+a₃×w+b₁×l²+b₂×h²+b₃×w²+c₁×l×h+c₂×l×w+c₃×w×h)

+modify(l_level，h_level,w_level)

pitch_now是目前操作工输入的定时节奏；

β∈[0，1]是融合系数。

请参阅图3、图5所示，确定加热炉内各板坯的剩余在炉时间包括以下步骤：

首先读取板坯在加热炉内的位置数据，并根据加热炉各段段长数据确定板坯距离各段段末的距离，从加热炉抽出段开始按照前面计算的段长相同的长度进行索引，按抽出顺序确定在该距离范围内的所有板坯，当前预抽出板坯的剩余在炉时间采用定时抽钢间隔，并根据前一块板坯的抽钢时刻和当前的时刻计算当前预抽出板坯的剩余在炉时间，抽出顺第二块以后板坯的剩余在炉时间或剩余在段时间，以板坯的长度、成品宽度和成品厚度为输入参数，利用组合模型中的参数模型进行计算，把计算结果和以板坯的长度等级、成品宽度等级和成品厚度等级作为索引从修正表格模型获得的修正量，确定出索引距离范围内的各板坯的抽钢节奏，最后进行累加计算，就获得了板坯的剩余在炉时间或段剩余在炉时间。

根据加热炉内板坯轧制顺序和模型预报确定的加热炉板坯抽出间隔以及各板坯所在位置和抽出顺序，计算出每块板坯的剩余在炉或在段时间。

依本发明的上述方法，对于一个具体的加热炉生产板坯的情况，其板坯的剩余在加热炉或段中的时间确定过程如下：

1、下一块抽出板坯的剩余在炉时间计算

用最后抽出板坯抽出处理时计算的抽出预定时刻，计算下一块抽出材离抽出时的剩余在炉时间。

ΔT_F＝T_PRE-T_NOW

ΔT_F：抽出剩余时间(sec)

T_PRE：根据定时节奏计算的抽出预定时刻

T_NOW：当前时刻

2、总的剩余在炉时间预测计算

对下一块抽出材：

ST_1，1＝ΔT_F/3600

ΔT_F：剩余抽出时间(sec)

ST_1，1：下一块抽出材预测在炉时间(hr)

在抽出顺序中，第二块以后的板坯，总的剩余在炉时间的计算：

ST_1，i＝(ΔT_F+ΔT_PRE)/3600

其中，ST_1，i为第i块板坯预测剩余在炉时间(hr)；

$\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{PRE}}=\underset{k=2}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{PRE}\_\mathrm{PIT}}^i$

ΔT_{PRE_PIT} ⁱ为组合模型计算的第i块板坯的抽出间隔

i：抽出顺序号。

3、各段剩余在炉时间的计算

确定加热炉炉内各板坯到各段段末剩余段滞留时间；分为两个步骤，一是从当前板坯到段末距离对应的抽出顺序板坯检索，二是根据检索的结果确定板坯在各段的剩余在炉时间。

(1)从当前板坯到段末距离对应的抽出顺板坯检索

以抽出端为基准，某一板坯当前存在段是k时，此板坯各段剩余长度为：

L_k＝X_k-X_k(k+1)

L_k+1＝X_k(k+1)-X_(k+1)(k+2)

L_k：各段剩余长度(m)

X_k：板坯当前位置(m)

X_k(k+1)：k段与k+1段的交叉位置(k段段末位置)。

k：板坯当前所在段；假设K＝3，4，5。

从当前位置到所在段段末为止移动距离时被抽出的板坯中，取其最后抽出板坯的抽出顺号为M₁，该板坯离开出炉位置距离为L_k(m)。从当前所在段段末到下一段段末移动距离(L_k到L_k+1)内抽出板坯抽出顺号为M₁到M₂。如此，当前板坯通过i个段时(包括当前所在段)，被抽出板坯抽出顺号从M₁到M_i。

(2)各段预测剩余在炉时间计算

用上述检索到抽出顺序号为M₁～M_i板坯的剩余在炉时间，计算各段剩余在炉时间。

${\mathrm{ZT}}_1=(\mathrm{\Δ}{T}_F+\underset{i=2}{\overset{m1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{PRE}}^i)/3600$

${\mathrm{ZT}}_2=\underset{i=m1+1}{\overset{m2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{PRE}}^i/3600$

…………………………………

${\mathrm{ZT}}_k=\underset{i=m(k-1)+1}{\overset{\mathrm{mk}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{PRE}}^i/3600$

ZT_k：各带预测剩余在炉时间(hr)。

ΔT_{PRE_PIT} ⁱ为组合模型计算的第i块板坯的抽出间隔

i：抽出顺序号。

请参阅图5所示的板坯剩余在炉时间按距离索引方法的原理示意图，1为加热炉，M₁为当前板坯，L₃为当前板坯到段末的距离，M₃即为当前板坯在抽出端按距离索引的结果。

请参阅图4所示，确定板坯抽出节奏修正包括以下步骤：

首先根据前一块板坯的抽出时刻和当前刚抽出板坯的抽出时刻，计算实际的抽出节奏，和利用根据前一块板坯的长度、成品宽度和成品厚度以及板坯的长度等级、成品宽度等级、成品厚度等级和硬度等级为输入的组合模型预报的板坯抽出间隔，进行比较，把比较的结果和以该板坯的长度等级、成品宽度等级、成品厚度等级和硬度等级为索引得到的表格修正量进行平滑学习，并把学习的结果保存到表格模型相应的索引位置中，更新原来的表格修正值。

当前板坯在出炉后，根据它与前块板坯的出炉间隔通过和模型计算的前块板坯的节奏进行比较，修正前块板坯所在层别表格的系数。

modify_new＝modify_old+η×(act_pit-model_pitch)

modify_old是前块板坯通过表格模型modify(l_level，h_level，w_level，hard_level)按板坯的长度等级、成品厚度等级和成品宽度等级索引的系数。

act_pit是实际的板坯抽出节奏。

model_pitch是根据轧制计划提供的数据，按组合模型确定的，即：

model_pitch＝

(a₁×l+a₂×h+a₃×w+b₁×l²+b₂×h²+b₃×w²+c₁×l×h+c₂×l×w+c₃×w×h)

+modify(l_level，h_level，w_level，hard_level)

其中：l，h，w从根据轧制计划获得的，分别是板坯长度，成品厚度和成品宽度。

η是平滑系数，η ∈[0，1]；modify_new是修正后的学习系数，保存在表格模型中，在下一次预报板坯的剩余在炉时间时采用。

下面再以热轧步进梁式四段式加热炉为例，依照本发明的方法所述步骤如何对炉板坯剩余在炉时间确定过程举例说明如下：

热轧步进梁式四段式加热炉，均热段段长8300mm，第二加热段段长7000mm，第一加热段段长7000mm，预热段段长11200mm，加热炉过程机燃烧控制周期采用1分钟，加热炉生产的成品板坯厚度规格从1.1mm到20mm，成品宽度规格从700mm到1730mm，板坯长度分为短坯和长坯，短坯规格从4500mm到5500mm，长坯规格从8000mm到11000mm，板坯长度等级、成品宽度和成品厚度等级分类如下，一个长度等级对应4个宽度等级和24个厚度等级。

具体参数请见下表：

加热炉内当前待抽出板坯的剩余在炉时间是根据前一块板坯抽出的时刻和目前的时刻，按照目前的定时间隔计算的，第二块以后的板坯采用板坯的长度、成品宽度和成品厚度作为组合模型的参数模型的输入，计算结果和采用该板坯对应的长度等级、宽度等级和厚度等级作为输入索引的表格模型修正系数相加，然后和当前的定时抽钢间隔进行融合，融合系数β和指定计算板坯和前一块抽出板坯的规格跳跃有关，即当(0.5×a₁+0.5×a₂+0.2×a₃)＜＝0.4时，β＝0.8当(0.5×a₁+0.5×a₂+0.2×a₃)＞0.4时，β＝0.2；其中a₁，a₂，a₃为计算板坯和前一块抽出板坯板坯长度等级、成品宽度等级和成品厚度等级跳跃的绝对值；再根据组合模型计算的板坯抽出间隔，按照各板坯的实际位置和给定的段长，确定板坯到段末的距离，映射到抽出端，对映射范围内的板坯抽出间隔进行累加计算，获得板坯的剩余在炉或在段时间；当前抽出端第一块板坯抽出后，计算实际的抽出间隔，并和组合模型的计算结果进行比较，对前一块板坯的表格模型系数进行平滑修正，平滑系数η＝0.05，新的修正值按照板坯的长度等级、成品宽度等级和成品厚度等级保存到表格中，用于下一个计算周期中，预报相同规格的板坯抽出间隔。按照本发明的方法，计算板坯的剩余在炉或在段时间，用于加热炉板坯加热过程的炉气温度动态设定控制。

由上述描述可见，本发明可以利用组合模型根据板坯规格的变化情况，预报加热炉内板坯的抽出间隔，准确地计算加热炉内的板坯的剩余在炉或在段时间，克服了在加热炉内由于板坯长度、成品宽度和成品厚度的差异引起的剩余在炉时间计算不准确的不足，从而更好地对板坯的温度进行精确的预报，准确地控制设定加热炉的炉气温度以使板坯达到规定的工艺目标温度，有利于提高加热炉内板坯的温度控制水平、提高板坯的加热质量和降低能源消耗。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1、一种热轧加热炉板坯剩余在炉时间的确定方法，

其特征在于，该方法包括以下步骤：

A.首先根据加热炉内板坯的长度、成品宽度和成品厚度以及板坯的长度等级、成品宽度等级、成品厚度等级和硬度等级，利用板坯抽出间隔组合预报模型，并且和当前的定时抽出间隔进行融合，确定加热炉内板坯的抽出间隔；

B.再根据加热炉各段段长度和板坯的当前位置，按照板坯距离段末的长度从抽出端开始索引，对索引范围内的板坯抽出间隔进行累加计算，确定板坯的剩余在炉或在段时间；

C.对是否有板坯抽出进行判断，如果没有板坯抽出，则结束板坯在炉或段的时间，如果有板坯抽出，则进行下一步；

D.计算当前板坯的实际抽出节奏，并与组合模型预报的板坯抽出间隔进行比较，并根据比较的结果进行自动适应修正。

2、如权利要求1所述的热轧加热炉板坯剩余在炉时间的确定方法，

其特征在于，

所述的步骤A进一步包括以下步骤：

a1.获取板坯的压制计划数据；

a2.调用组合模型确定板坯的输出间隔；

a3.获取操作工输入的定时抽出节奏；

a3.进行组合计算加热炉内板坯的抽出间隔，并保存计算结果。

3、如权利要求1所述的热轧加热炉板坯剩余在炉时间的确定方法，

其特征在于，

所述的步骤B进一步包括以下步骤：

b1.获取指定板坯在加热炉内的位置；

b2.计算该板坯距离段末的长度；

b3.从抽出端开始索引相应长度对应的所有板坯；

b4.确定当前预抽出板坯的剩余在炉时间；

b5.确定第二块以后板坯的总的或各段的剩余在炉时间。

4、如权利要求1所述的热轧加热炉板坯剩余在炉时间的确定方法，

其特征在于，

所述的步骤D进一步包括以下步骤：

d1.获取前一块板坯的抽出时刻；

d2.获取当前块板坯的抽出时刻；

d3.计算实际抽出节奏；

d4.对前一块板坯的抽出节奏进行修正并保存结果。

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